てんかん関連複合体LGI1-ADAM22-PSD-95とその制御因子の構造解析

• 研究課題/領域番号: 18H03983
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学 (2020-2021); 東京大学 (2018-2019)
• 研究代表者: 深井 周也 京都大学, 理学研究科, 教授 (10361792)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円); 2021年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円); 2020年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円); 2019年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2018年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
• キーワード: 構造生物学 / 分子間相互作用 / 膜受容体 / てんかん / 足場タンパク質 / パルミトイル化 / シナプス / パルミトリル化

研究成果の概要

本研究では、てんかんに関連するLGI1-ADAM22-PSD-95複合体の膜を介したシグナル伝達機構と病態発症の仕組みを理解することを目的として、複合体の立体構造解析を行った。X線結晶構造解析とX線小角散乱解析、クライオ電子顕微鏡を組合せた相関構造解析によって、LGI1とADAM22の相互作用様式の詳細を明らかにした。さらに、病態発症機構が不明であったLGI1の変異が、LGI1-ADAM22の高次会合体形成に異常を引き起こすことをマウスモデルにより示した。また、LGI1-ADAM22によるPSD-95の分子凝縮や14-3-3タンパク質によるADAM22の分解抑制の分子機構の解明に貢献した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

てんかんの原因となる分子LGI1とその受容体であるADAM22が結合した状態の立体構造を決定することで、LGI1を介してADAM22ファミリーのタンパク質が神経細胞間の橋渡しをする様子を明らかにし、これまでに知られていたLGI1の変異の中で発症の仕組みが不明であった変異に関して、新たな発症の仕組みを明らかにした。また、神経細胞間の信号伝達に必要な細胞内タンパク質PSD-95の集合状態をADAM22が制御する仕組みや14-3-3タンパク質がADAM22の量を調節する仕組みの理解にも貢献した。これらは、てんかん病態とそれに関連する神経活動の分子機構に関わる今後の研究に役立つ知見になると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Neurexins play a crucial role in cerebellar granule cell survival by organizing autocrine machinery for neurotrophins (2022)
  • 著者名/発表者名: Uemura T, Suzuki-Kouyama E, Kawase S, Kurihara T, Yasumura M, Yoshida T, Fukai S, Yamazaki M, Fei P, Abe M, Watanabe M, Sakimura K, Mishina M, Tabuchi K
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 39 号: 1 ページ: 110624-110624
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110624
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 14-3-3 proteins stabilize LGI1-ADAM22 levels to regulate seizure thresholds in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Yokoi, Yuko Fukata, Kei Okatsu, Atsushi Yamagata, Yan Liu , Makoto Sanbo, Yuri Miyazaki, Teppei Goto, Manabu Abe , Hidetoshi Kassai, Kenji Sakimura, Dies Meijer, Masumi Hirabayashi, Shuya Fukai, Masaki Fukata
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 号: 11 ページ: 110107-110107
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110107
  • NAID: 120007177780
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Canonical versus non-canonical transsynaptic signaling of neuroligin 3 tunes development of sociality in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida T, Yamagata A, Imai A, Kim J, Izumi H, Nakashima S, Shiroshima T, Maeda A, Iwasawa-Okamoto S, Azechi K, Osaka F, Saitoh T, Maenaka K, Shimada T, Fukata Y, Fukata M, Matsumoto J, Nishijo H, Takao K, Tanaka S, Okabe S, Tabuchi K, Uemura T, Mishina M, Mori H & Fukai S
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12(1) 号: 1 ページ: 1848-1848
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22059-6
  • NAID: 120006996978
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LGI1-ADAM22-MAGUK configures transsynaptic nanoalignment for synaptic transmission and epilepsy prevention (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukata Yuko、Chen Xiumin、Chiken Satomi、Hirano Yoko、Yamagata Atsushi、Inahashi Hiroki、Sanbo Makoto、Sano Hiromi、Goto Teppei、Hirabayashi Masumi、Kornau Hans-Christian、Pruss Harald、Nambu Atsushi、Fukai Shuya、Nicoll Roger A.、Fukata Masaki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 3 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1073/pnas.2022580118
  • NAID: 120006976050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] シナプス接着分子群の構造基盤の最前線 (2020)
  • 著者名/発表者名: 深井 周也
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 号: 2 ページ: 166-178
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920166
  • NAID: 40022245228
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2020-04-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of type IIa receptor protein tyrosine phosphatases as synaptic organizers (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuya Fukai, Tomoyuki Yoshida
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: - 号: 24 ページ: 6913-6926
  • DOI: 10.1111/febs.15666
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Insights into the mechanisms of epilepsy from structural biology of LGI1-ADAM22 (2020)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Yamagata & Shuya Fukai
  • 雑誌名: Cellular and Molecular Life Sciences 巻: 77 号: 2 ページ: 267-274
  • DOI: 10.1007/s00018-019-03269-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights into selective interaction between type IIa receptor protein tyrosine phosphatases and Liprin-α (2020)
  • 著者名/発表者名: Wakita Maiko、Yamagata Atsushi、Shiroshima Tomoko、Izumi Hironori、Maeda Asami、Sendo Mizuki、Imai Ayako、Kubota Keiko、Goto-Ito Sakurako、Sato Yusuke、Mori Hisashi、Yoshida Tomoyuki、Fukai Shuya
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 649-649
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14516-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis of guanine nucleotide exchange for Rab11 by SH3BP5 (2019)
  • 著者名/発表者名: Goto-Ito Sakurako、Morooka Nobukatsu、Yamagata Atsushi、Sato Yusuke、Sato Ken、Fukai Shuya
  • 雑誌名: Life Science Alliance 巻: 2 号: 2 ページ: e201900297-e201900297
  • DOI: 10.26508/lsa.201900297
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into leucine-rich repeat-containing synaptic cleft molecules (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagata, A., Fukai, S.
  • 雑誌名: Current Opinion in Structural Biology 巻: 54 ページ: 68-77
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2019.01.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis of epilepsy-related ligand-receptor complex LGI1-ADAM22 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamagata Atsushi、Miyazaki Yuri、Yokoi Norihiko、Shigematsu Hideki、Sato Yusuke、Goto-Ito Sakurako、Maeda Asami、Goto Teppei、Sanbo Makoto、Hirabayashi Masumi、Shirouzu Mikako、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Fukai Shuya
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1546-1546
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03947-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 受容体タンパク質チロシン脱リン酸化酵素 PTP δによるシナプス分化誘導 の構造基盤 (2021)
  • 著者名/発表者名: 深井 周也
  • 学会等名: 2021年度 生理研研究会 機能的神経回路の構築と動作を支える分子細胞基盤
  • 招待講演
• [学会発表] シナプスオーガナイザーの選択的相互作用の構造基盤 (2019)
  • 著者名/発表者名: 深井 周也
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Structural insights into transsynaptic molecular interactions for synapse formation and function (2019)
  • 著者名/発表者名: 深井 周也
  • 学会等名: The 5th Symposium of Neuroscience Network in Kobe
  • 招待講演
• [図書] イメージング時代の構造生命科学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中 啓二、若槻 壮市
  • 総ページ数: 248
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103855
• [備考] 社会性の発達を調節する新たな機構を発見
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-03-26-1
• [備考] 神経シナプス間の軸調整を担う分子群を発見 ―新たなてんかん病態を解明―
  • URL: https://www.nips.ac.jp/release/2021/01/post_426.html
• [備考] 神経細胞間の信号伝達を担う接着構造を形成する仕組みの解明
  • URL: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/press/z0207_00023.html
• [備考] てんかんの原因タンパク質が神経細胞間の橋渡しをする仕組みを解明
  • URL: http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/press_release/180418/
• [備考] 神経発達障害に関連する細胞接着分子がカルシウムイオンを介して神経細胞同士を適切につなぐ仕組みの解明
  • URL: http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/press_release/180927/